一種帶涂層的復合膠框對側入式模組光學效果改善研究

康 偉，呂 昶，馮 霞，向 康，李恒濱

（合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引 言

薄膜晶體管顯示（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD）技術是目前平板顯示市場主流的顯示技術之一[1]。TFT-LCD器件因其輕薄、輕質、功耗低等特點，廣泛應用于各種中、大尺寸的終端顯示設備[2]。然而，由于液晶顯示面板本身并不具有發光的功能，因此需要在液晶顯示面板下方配置背光模組（Back Light Unit，BLU）來提供其所需要的光源，進而達到顯示的效果。

隨著液晶顯示模組趨于超薄、高亮、窄邊框的發展趨勢，背光模組中的膠框越來越薄。現有技術中，對于白色膠框，由于其具有一定的透光性，背光模組外圍存在一定漏光現象，特別對于越來越薄的膠框，這種漏光現象會更明顯。若采用黑色膠框，可避免這種漏光現象，但此時背光模組的亮度損失較多，而且會導致LCM出現顯示區周邊發暗的問題。雙色膠框的設計（外側黑色，內側白色），可以在降低亮度損失的情況下減少漏光問題[3]，但因雙色成型設備資源有限，成本較高，技術難度大，因此推廣受限。

基于以上情況，本文以膠框作為突破口，通過在傳統單色膠框本體上制作涂層，研究復合膠框對側入式模組光學效果的改善效果，探索如何在避免漏光問題的同時，保證顯示區周邊的畫面正常。

1 復合膠框技術方案

本文主要針對以下兩種復合膠框，研究其對側入式模組的光學效果的影響。一種是在黑色膠框本體的基礎上，在其內圈電鍍金屬反射層（白色或者銀色，反射作用）；另外一種是在白色膠框本體的基礎上，在其外圈電鍍金屬層或者涂覆吸光涂層（黑色，吸光作用）。下文將詳細介紹兩種復合膠框的設計和功能。

1.1 黑色膠框+膠框內圈電鍍金屬反射層方案

該方案是在黑色膠框的基礎上，在膠框的內圈電鍍金屬反射層。這樣膠框外層為黑色，具有吸光作用，可以改善背光模組外圍漏光的問題；膠框的內圈為金屬反射層，可以將顯示區周圍的光線重新反射利用，避免因黑色膠框的吸光作用而導致的顯示區周邊發暗問題。膠框內圈電鍍反射層方案如圖1所示。圖1（a）為側入式模組結構。圖1（b）、圖1（c）為純色膠框和復合膠框示意圖。圖1（d）方案所示膠框金屬反射層包括膠框內圈的上下側三邊，實際使用中可根據膠框與背板的組裝配合及結構設計等，靈活選擇在上下側三面電鍍反射層。反射層寬度和形狀設計規則見下文。

圖1 黑色膠框電鍍金屬反射層位置及方案示意圖

金屬電鍍優選的為銀（Ag）、鋁（Al）等材料。銀和鋁在可見光和近紅外光部分都有良好的反射率。銀膜在波長800 nm時的反射率可以達到99.2%[4]。電鍍的薄膜一般在1～10 μm，故局部電鍍金屬薄膜并不會影響膠框與顯示屏組裝平面的平面度。

1.1.1 下側反射層設計說明

在側入式模組入光側即燈條側，部分來自LED發出的光線逸出，未完全進入導光板進行循環。LED為點光源，其發光狀態為扇狀發射，具有一定的出光角度。多個LED按照一定的間隙值（Pitch）排布形成燈條（Light bar），每顆LED發出的光會在導光板入光側形成亮區，LED的Pitch處呈現暗區，亮暗區間隔進行混光形成亮度不同的發光區域，明暗交替[5]。為了解決LED光線逸出及燈條側畫面亮暗不均的問題，可以在膠框的底部設置反射層，其中燈條側反射層的寬度設計如圖2（a）所示。該反射層的位置應該根據LED燈的發光角度β以及間距L4來確定。設反射層寬度為L2，根據LED燈逸出光線的示意圖可算出L2=L3-L4/tan(β/2)。

為了改善明暗不均的問題，膠框底部反射層的形狀可與燈條亮暗帶一一對應，反射層在對應亮區的位置應設置缺口，避免此處光線的二次利用而增強亮度；反射層在暗區對應的位置則可以對逸出的光線加以利用，提高暗區的亮度。因此，這種鋸齒狀的反射層不僅可以提高燈條側光線利用率，還可以使畫面亮度均勻化，如圖2（b）所示。在非入光側的其他三邊，基于可靠性考慮，膠框下側應在除被背板遮擋外的范圍外鍍上反射層。

圖2 復合膠框內圈下側反射層示意圖

1.1.2 側邊反射層設計說明

在靠近膠框邊緣的顯示區，經過導光板和光學膜片出射的部分光線會被黑色膠框吸收，從而導致顯示區邊緣存在發暗的情況。為了解決這個問題，可在膠框內側四周側邊鍍反射層，如圖1（c）所示，從而將靠近膠框的顯示區出射到膠框的光線反射進行二次利用。膠框內圈側邊反射層形狀無特殊要求，只需將與畫面顯示區有重合邊的膠框內圈的側面全部電鍍金屬反射層即可。

1.1.3 上邊反射層設計說明

如圖1（c）所示，根據產品需求的不同，部分產品膠框上表面與液晶顯示屏之間間距比較大，此時背光的部分光線可以通過間距從液晶顯示屏的邊緣逸出而損失。如在膠框上表面增加反射涂層，則該部分損失的光線可以經過反射層反射后，局部光線被二次利用，從而可改善液晶顯示屏周邊的顯示效果。

1.2 白色膠框+膠框外圈涂層方案

白色膠框對光線具有良好的透過性。為了解決模組外圍漏光問題，可以在白色膠框本體的基礎上，對膠框外圈的側面及上表面增加黑色涂層。由此，該膠框外圈因存在黑色吸光材料，可以有效改善漏光現象；而內層的白色膠框本體具有透光性，不存在顯示區周邊發暗的不良情況，其結構如圖3所示。該黑色涂層的實現方案可以選擇涂覆不易脫落，與塑料有良好粘結性的黑色涂料，或選擇在外圈電鍍Al材料，再利用陽極氧化工藝將反射層變成黑色。該方案所用工藝均比較成熟，易于實現。

圖3 復合膠框外圈黑色涂層示意圖

2 實物驗證效果分析

根據上文的理論分析，分別制作了兩種復合膠框樣品。一種為白色膠框本體加外圈涂層（電鍍Al，再氧化成黑色，吸光層），一種為黑色膠框本體加內圈涂層（電鍍Ag反射層）。采用復合膠框與采用單色膠框的模組光學效果對比如圖4所示（由于非同一批樣品，畫面色度顯示稍有差異）。從圖4可以看出，采用復合膠框的側入式模組，顯示區周邊無發暗情況，畫面均一性較好，外圍也無漏光情況（結構上的通孔處除外）。由此驗證了復合膠框對改善側入式模組光學效果的有效性。

3 結 語

針對側入式背光模組使用單色膠框無法同時兼顧解決外圍漏光和顯示區周邊發暗的問題，本文研究了在單色膠框基礎上增加涂層的復合膠框對側入式背光模組光學效果的改善。本文提出了兩種復合膠框方案，一種是在黑色膠框的本體上，在膠框的內圈電鍍具有金屬反射層；另外一種是在白色膠框的本體上，在膠框的外圈制作黑色吸光涂層。這兩種復合膠框最終都呈現出膠框外圈為黑色的狀態，從而解決了外圍漏光問題。膠框內圈則依靠金屬反射層和白色材料，實現了對光線的充分利用，從而解決了顯示區周邊發暗的問題。最后通過理論分析和實物驗證，確認了帶涂層的復合膠框對改善光學顯示效果的有效性。

圖4 白色和黑色膠框與復合膠框的模組光學效果對比